基于NiO電極的介觀太陽能電池研究.pdf

1、近幾年來，基于介觀敏化概念發(fā)展起來的鈣鈦礦電池異軍突起，有機(jī)/無機(jī)鈣鈦礦因其具有較高的消光系數(shù)，以及兼容有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)與能級可調(diào)、制備工藝簡單，與無機(jī)材料的載流子長距離擴(kuò)散等特點(diǎn)，成為目前光伏領(lǐng)域內(nèi)具有突破性的研究課題，光電轉(zhuǎn)換效率快速突破20％。NiO-p型透明導(dǎo)電薄膜作為一種制備工藝成熟的、廉價的過度金屬氧化物半導(dǎo)體電極常用于上述兩個體系電池器件的研究。開發(fā)基于NiO光陰極的高效率p型DSSC是制備p-n疊層DSSC電池以突破目前D

2、SSC效率限制的有效策略。而基于 NiO電極的反式鈣鈦礦電池具有可直接“嫁接”有機(jī)光伏領(lǐng)域研究成果的優(yōu)勢，且電池伏安曲線遲滯現(xiàn)象小，對我們深入研究鈣鈦礦電池工作機(jī)理具有重大意義。
　　本論文針對上述問題，以基于NiO電極的p型DSSC和反式鈣鈦礦電池為研究對象，從優(yōu)化材料、器件結(jié)構(gòu)、器件制備工藝入手，對器件內(nèi)部的物理過程進(jìn)行系統(tǒng)性地研究。主要開展了如下幾個方面的研究工作：
　　以 P1有機(jī)分子為骨架，設(shè)計(jì)合成了兩種非質(zhì)子吡啶

3、官能團(tuán)為錨基的染料 CW1和CW2，拓寬了染料的吸收光譜，增強(qiáng)染料的光捕獲能力，并研究了吡啶基團(tuán)在NiO表面的吸附機(jī)制。其中CW2染料獲得0.16%的光電轉(zhuǎn)換效率，高于參比染料P1的0.14%，去質(zhì)子化提升了電池的開路電壓；
　　對NiO/CH3NH3PbI3/PCBM/BCP/Au結(jié)構(gòu)的反式平板鈣鈦礦電池器件中，各關(guān)鍵部分對電池性能影響做了系統(tǒng)研究，包括制備工藝和各層的工作機(jī)理。采用射頻磁控濺射法制備NiO空穴傳輸層，具有可控的

4、膜厚和透光性、更小的表面粗糙度、更好的均一性和電子阻擋性等特性，最終獲得了當(dāng)時報道的最好的NiO反式鈣鈦礦效率9.8%；
　　應(yīng)用入射光管理工程的策略，將Au@SiO2納米顆粒摻雜入反式結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)光帶隙的CH3NH3PbI3-xBrx鈣鈦礦電池器件中，優(yōu)化摻雜量和Br的取代比例后得到了13.7%的NiO反式鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率。并通過假設(shè)模型結(jié)合熒光光譜和電池暫態(tài)光電壓衰減測試，和 Au@SiO2納米棒對比 Au@SiO2納米球

5、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證金屬納米粒子表面等離子體共振效應(yīng)對反式鈣鈦礦太陽能電池中光電流增強(qiáng)的工作機(jī)理；
　　將錳熒光材料與PMMA樹脂結(jié)合制備了集透光性好、防紫外、光子下轉(zhuǎn)換及防水等多種功能的熒光涂層，采用SAM/PMMA涂層及改進(jìn)的摻雜MACl的兩步涂布法制備高質(zhì)量CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜，制備了效率高達(dá)14%的NiO反式平板鈣鈦礦薄膜，熒光涂層通過將紫外光子下轉(zhuǎn)換到可利用的可見光，不僅提高入射光利用，電池光生電流增加10.8%，且減小了